JP2015033571A - 整相加算器、及び、超音波探触子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力される超音波の音圧に応じた電荷を生じさせる圧電体をそれぞれ有する複数の圧電素子210に各々生じた電荷に応じ、増幅されずに得られる量の信号電荷を取得して、それぞれ所望の時間保持させる遅延電荷転送部221と、遅延電荷転送部においてそれぞれ所望の時間保持された信号電荷の量を整相加算させる遅延加算部222とを備える。
【選択図】図5
Description
入力される超音波の音圧に応じた電荷を生じさせる圧電体をそれぞれ有する複数の圧電素子に各々生じた電荷に応じ、増幅されずに得られる量の信号電荷を取得して、それぞれ所望の時間保持させる遅延電荷転送部と、
前記遅延電荷転送部においてそれぞれ前記所望の時間保持された前記信号電荷の量を整相加算させる遅延加算部と
を備える
ことを特徴とする整相加算器である。
前記信号電荷の量は、前記圧電素子において前記電荷が発生する前記圧電体両端に設けられた電極に誘起される電荷量に対応することを特徴としている。
所定のバイアス電圧発生部に接続されたソース領域と、当該ソース領域と前記遅延電荷転送部との間の導通状態を定めるゲート電極とを有するスイッチング部を備え、
前記ゲート電極は、前記圧電素子において前記電荷が発生する前記圧電体両端に設けられた電極のうち一方に接続され、
前記遅延電荷転送部は、前記圧電体に生じた電荷に応じて変化する前記ゲート電極の電位に基づき、前記ソース領域から前記信号電荷を取得する
ことを特徴としている。
前記バイアス電圧は、前記圧電体に生じる電荷量の変動周期と同期して印加されることを特徴としている。
前記遅延電荷転送部には、CCDが用いられることを特徴としている。
前記遅延電荷転送部は、前記圧電素子において前記電荷が発生する前記圧電体両端に設けられた電極とインターポーザーを介して接続されていることを特徴としている。
請求項1〜6の何れか一項に記載の整相加算器と、
当該整相加算器にそれぞれ接続された前記圧電素子と、
前記整相加算された電荷量を電圧信号として増幅する信号増幅部と、
当該増幅された電圧信号を出力する信号出力部と
を備えることを特徴とする超音波探触子である。
前記信号出力部は、前記信号を無線により外部機器に出力する無線通信部を備えることを特徴としている。
前記圧電素子から所定の波長の超音波を出力させる送信駆動部と、
制御信号に従って、前記送信駆動部又は前記遅延電荷転送部の何れかと、前記圧電素子とを択一的に接続させる送受信切替駆動部と
を備えることを特徴としている。
図1は、本実施形態の超音波探触子2を含む超音波診断装置Sの全体構成を示す図である。
超音波探触子2は、振動子配列21と、受信部22と、送信部23(送信駆動部)と、駆動制御部24と、通信部25(信号出力部、無線通信部)と、アンテナ26と、電源部27と、送受信切替部28(送受信切替駆動部)などを備えている。
また、この超音波診断装置Sは、診断対象に応じて異なる複数の超音波探触子2の何れかを超音波診断装置本体1と組み合わせて利用することが出来る構成とすることが出来る。
図3は、本実施形態の超音波探触子2の超音波受信について説明する断面図である。この断面は、一つの振動子210とこれに対応するCCD221とが含まれる面で半導体基板2201を切断した面である。
N型領域2202に電子が蓄積されている(a0、斜線部分)場合に、転送電極2217a、2217bに対して正の電圧Vφ1が印加された状態で、更にIG電極2216に正の電圧VIGが印加されると、半導体基板2201において転送電極2217aの下部に形成されている電位の井戸(a1)に対し、IG電極2216の下部に形成されたチャンネル領域を通ってN型領域2202から電子が流れ込む(図4(a))。
整相加算器220は、各振動子210から取得された電荷をそれぞれ転送する複数のCCD221(遅延電荷転送部)と、各CCD221により所定段階転送された電荷量を合算する(整相加算する)加算部222(遅延加算部)とを備える。整相加算器220で合算された電荷は、電圧値に変換されて(例えば、floating diffusion)LNA223で増幅された後、ADC224に出力されて所定のサンプリング周波数でデジタル値に変換される。
加算部222の具体的な構成の例を図8及び図9に示す。
図8(a)は、加算部222を、遅延電荷転送部であるCCD221と一体的に構成した例を示す模式図である。本実施の形態では、複数のCCD221により転送されてきた電荷を、当該CCD221における電荷転送と同様の原理で、隣接チャンネルにまたがる加算電極2221により転送することによって加算する。図8(b)及び図8(c)は、本実施形態の動作原理を模式的に示す図であり、図8(b)は、転送電極によって図8(a)のチャンネルごとに電荷が転送されている状態を、図8(c)は、加算電極2221により隣接チャンネルの電荷が転送され、加算されている状態を、それぞれ示している。
また、図9は加算部222の別の実施態様を示す模式図である。本実施形態においては、CCD221の転送電極によってチャンネルごとに電荷を転送した後、NSD2222(N+のインプラント領域)から電荷を電流として抽出し、加算アンプ(LNA223)で加算する。LNA223は、CCD221と共通の基板上に一つの半導体チップとして構成としてもよいし、CCD221とは独立した回路としてもよい。
次に、第2実施形態の超音波探触子について説明する。
図6は、第2実施形態の超音波探触子2の内部構成を説明するブロック図(図6(a))、及び、第2実施形態の超音波探触子2の整相加算器220bによる超音波の受信に係る構成について説明する断面図(図6(b))である。
次に、第3実施形態の超音波探触子について説明する。
図7は、第3実施形態の超音波探触子2の内部構成を示すブロック図(図7(a))、及び、第3実施形態の超音波探触子2が備える整相加算器220cにより超音波を受信する際の当該受信についての構成を説明する図(図7(b))である。
例えば、上記実施の形態では、電荷の遅延転送路としてCCD(電位の井戸)を利用することとしたが、他の遅延転送に係る構成、例えば、BBD(Bucket Brigade Device)(キャパシター)を利用することとしても良い。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成や配置などの細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
2 超音波探触子
18 操作入力部
19 出力表示部
21 振動子配列
21c 振動子配列
22 受信部
23 送信部
24 駆動制御部
25 通信部
26 アンテナ
27 電源部
28 送受信切替部
210 振動子
210c 振動子
211 圧電体
212 電極
212c 電極
213 電極
213c 電極
214 導電部材
215 インターポーザー基板
220 整相加算器
220b 整相加算器
220c 整相加算器
2201 半導体基板
2202 N型領域
2203 P型領域
2204 絶縁層
221 CCD
2216 IG電極
2217a〜2219a、2217b、2218b 転送電極
222 加算部
223 LNA
224 ADC
S 超音波診断装置
Claims (9)
- 入力される超音波の音圧に応じた電荷を生じさせる圧電体をそれぞれ有する複数の圧電素子に各々生じた電荷に応じ、増幅されずに得られる量の信号電荷を取得して、それぞれ所望の時間保持させる遅延電荷転送部と、
前記遅延電荷転送部においてそれぞれ前記所望の時間保持された前記信号電荷の量を整相加算させる遅延加算部と
を備える
ことを特徴とする整相加算器。 - 前記信号電荷の量は、前記圧電素子において前記電荷が発生する前記圧電体両端に設けられた電極に誘起される電荷量に対応することを特徴とする請求項1記載の整相加算器。
- 所定のバイアス電圧発生部に接続されたソース領域と、当該ソース領域と前記遅延電荷転送部との間の導通状態を定めるゲート電極とを有するスイッチング部を備え、
前記ゲート電極は、前記圧電素子において前記電荷が発生する前記圧電体両端に設けられた電極のうち一方に接続され、
前記遅延電荷転送部は、前記圧電体に生じた電荷に応じて変化する前記ゲート電極の電位に基づき、前記ソース領域から前記信号電荷を取得する
ことを特徴とする請求項1記載の整相加算器。 - 前記バイアス電圧は、前記圧電体に生じる電荷量の変動周期と同期して印加されることを特徴とする請求項3記載の整相加算器。
- 前記遅延電荷転送部には、CCDが用いられることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の整相加算器。
- 前記遅延電荷転送部は、前記圧電素子において前記電荷が発生する前記圧電体両端に設けられた電極とインターポーザーを介して接続されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の整相加算器。
- 請求項1〜6の何れか一項に記載の整相加算器と、
当該整相加算器にそれぞれ接続された前記圧電素子と、
前記整相加算された電荷量を電圧信号として増幅する信号増幅部と、
当該増幅された電圧信号を出力する信号出力部と
を備えることを特徴とする超音波探触子。 - 前記信号出力部は、前記信号を無線により外部機器に出力する無線通信部を備えることを特徴とする請求項7記載の超音波探触子。
- 前記圧電素子から所定の波長の超音波を出力させる送信駆動部と、
制御信号に従って、前記送信駆動部又は前記遅延電荷転送部の何れかと、前記圧電素子とを択一的に接続させる送受信切替駆動部と
を備えることを特徴とする請求項7又は8記載の超音波探触子。
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